带连接接头的复合材料加筋板及复合材料加筋板连接结构

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料加筋板。本发明也涉及一种适用于复合材料加筋结构连接 及复合加筋结构与金属构件之间连接的连接结构。

背景技术

与一般工程材料相比，纤维增强复合材料性能各向异性、层间强度低、延性较小，在连 接部位应力复杂、失效模式众多、应力集中区载荷重新分配能力较弱。资料表明，复合材料 结构的多数破坏（60%-80％）发生在连接处，连接接头质量约占整个结构质量的20％-30％ 之多。因此，接头连接是影响复合材料应用的关键技术之一，解决复合材料结构的连接问题 对减轻结构质量、改善结构性能均具有重要意义。复合材料加筋结构是复合材料板常见三种 结构形式之一（另外为硬壳式和夹芯式）在航空、航天、船舶工业中广泛应用，根据结构功 能和承力状态复合材料加筋板与的连接的接头形式有对接、搭接、金属接头、支撑连接等。 鉴于复合材料连接区域应力复杂和脆性失效，为保证结构完整性，金属接头一直是主承力复 合材料加筋板的重要接头形式之一。

金属件接头除了能有效提高结构承载力，增加安全性外，具有可焊、可铆、可拆卸和工 艺有便利性等特点。但金属接头与复合材料的刚度匹配一直是带金属接头的复合材料连接应 用的桎梏，刚度失配是金属接头复合材料连接失效的主要原因，并常常诱发低应力失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连接区刚度匹配性好，能改善复合材料与金属接头过渡期的 应力集中问题的带连接接头的复合材料加筋板。本发明的目的还在于提供一种复合材料加筋 板连接结构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的带连接接头的复合材料加筋板包括由下层板、筋夹芯和上蒙皮组成的复合材料 加筋板主体，复合材料加筋板主体的端部带有连接接头，所述连接接头的构成为：位于端部 的下层板和上蒙皮各有一阶梯段，下层板的阶梯段的长度小于上蒙皮的阶梯段的长度，下层 板与上蒙皮的端部对齐，在下层板的阶梯段与上蒙皮的阶梯段之间的空间内设置有接头区夹 芯块，下层板、接头区夹芯块、上蒙皮结合成一体。

本发明的带连接接头的复合材料加筋板还可以包括：

1、在下层板的阶梯段和接头区夹芯块与上蒙皮的阶梯段之间设置有过渡区层板。

2、下层板与下层板的阶梯段之间倾角过渡。

3、接头区夹芯块呈菱形。

本发明的复合材料加筋板连接结构为：在由下层板、筋夹芯和上蒙皮组成的复合材料加 筋板的端部设置连接接头，所述连接接头的构成为：位于端部的下层板和上蒙皮各有一阶梯 段，下层板的阶梯段的长度小于上蒙皮的阶梯段的长度，下层板与上蒙皮的端部对齐，在下 层板的阶梯段与上蒙皮的阶梯段之间的空间内设置有接头区夹芯块，下层板、接头区夹芯块、 上蒙皮结合成一体；两块复合材料加筋板的连接接头对接，在两个对接的连接接头的两侧分 别设置金属接头上盖板、金属接头下盖板，金属接头上盖板、连接接头和金属接头下盖板之 间用螺栓连接。

本发明的复合材料加筋板连接结构还可以包括：

1、金属接头上盖板与金属接头下盖板的长度不相等，金属接头上盖板的长度等于下层板 的阶梯段的长度的二倍，金属接头下盖板的长度等于上蒙皮的阶梯段的长度的二倍。

2、金属接头上盖板的厚度与接头区夹芯块的厚度相等。

3、金属接头下盖板、金属接头上盖板的两端倾角过渡。

4、金属接头下盖板的长度为金属接头上盖板与接头区夹芯块长度之和。

本发明能够克服现有带金属接头连接的刚度失配、结构效率不高的缺陷。

本发明的主要特点在于：

1、金属接头上下盖板非等长度，上下盖板长度差即为接头区夹芯块长度；

2、夹芯块与上金属盖板等厚度，保证接头区平整过渡。

3、接头处设置过渡区层板，在控制蒙皮厚度下，保证接头区强度。

4、复合材料加筋用硬质泡沫填充，采用真空辅助成型（VARI）工艺成型。

5、金属盖板两端倾角过渡。

6、接头区夹芯块呈菱形，其倾角与金属盖板两端倾角一致，夹芯块与复合材料加筋板一 体化液体成型。

7、金属接头下盖板长度为金属接头上盖板、接头区夹芯块长度之和。

8、被连接件与上下两块金属接头盖板胶-螺栓混合连接，采用先机械螺栓连接，后真空 辅助注胶的工艺方案。

本发明的众多优势克服了现有金属连接的不足。首先，金属接头盖板非等长度布置，当 长度差（即接头区夹芯块长度）超过10cm，接头抗弯刚度提升30%，抗弯强度提升10%，较 好改善了连接区刚度匹配；其次，通过设置菱形接头区夹芯块，实现了接头区与结构的平稳 过渡，改善了复合材料/金属接头过渡期的应力集中。再次，采用复合材料/金属的混合接头 具有较好的结构韧性，实验表明结构失效具有明显塑性特征。

附图说明

图1复合材料加筋板金属接头连接示意图。

图2复合材料金属接头装配示意图。

图3连接接头组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图3，带连接接头的复合材料加筋板包括由下层板5、筋夹芯8和上蒙皮6组成的复 合材料加筋板主体，复合材料加筋板主体的端部带有连接接头，所述连接接头的构成为：位 于端部的下层板和上蒙皮各有一阶梯段，下层板的阶梯段的长度小于上蒙皮的阶梯段的长度， 下层板与上蒙皮的端部对齐，在下层板的阶梯段与上蒙皮的阶梯段之间的空间内设置有接头 区夹芯块7，下层板、接头区夹芯块、上蒙皮结合成一体。在下层板的阶梯段和接头区夹芯 块与上蒙皮的阶梯段之间设置有过渡区层板9。下层板与下层板的阶梯段之间倾角过渡。接 头区夹芯块呈菱形。

结合图1和图2，两块复合材料加筋板3的连接接头对接，在两个对接的连接接头的两 侧分别设置金属接头上盖板1、金属接头下盖板2，金属接头上盖板、连接接头和金属接头下 盖板之间用螺栓4连接。金属接头上盖板与金属接头下盖板的长度不相等，金属接头上盖板 的长度等于下层板的阶梯段的长度的二倍，金属接头下盖板的长度等于上蒙皮的阶梯段的长 度的二倍。金属接头上盖板的厚度与接头区夹芯块的厚度相等。金属接头下盖板、金属接头 上盖板的两端倾角过渡。金属接头下盖板的长度为金属接头上盖板与接头区夹芯块长度之和。

本发明的具体制作方法如下：

将制成的金属接头上盖板1置于模具内，涂覆脱模剂，晾干20min，铺设加筋下层板5 的纤维布，设置接头区夹芯块7，铺设过渡区层板9，放置泡沫夹芯肋8，外铺设加筋板上蒙 皮6，最后设置纤维布和导流网，制作真空袋、设置注胶管，按照VARI工艺成型完成注胶、 脱模，制成被连接件3。

将被连接件3、接头上盖板1和接头下盖板2螺栓连接，在连接区铺置导流网，制作真 空袋，完成被连接件之间和螺栓缝隙的真空辅助注胶，实现复合材料加筋板、金属接头的胶- 螺栓混合连接。